11. Конструирование и расчет оголовка колонн

Главная балка опирается на колонну сверху, при этом сопряжение принимается шарнирным. Продольная сжимающая сила Nот главных балок передается через опорную строганную с двух сторон плиту толщиной t_on = 16 – 25 мм непосредственно на ребра оголовка сплошной колонны и на диафрагму в сквозной колонне.

Торцы колонны, ребер и диафрагмы фрезеруются. Передача усилия от ребер на стенку колоны и от диафрагмы на стенки ветвей колоны осуществляется вертикальными сварными швами. Плита служит для крепления балок на колонне монтажными болтами, фиксирующими проектное положение балок. Сварные швы, прикрепляющие плиту к колонне, назначаются конструктивно с катетом минимального размера, принимаемого по наибольшей толщине стыкуемых элементов (см. табл. 3.6). Размеры плиты в плане принимаются больше контура колонны на 15 – 20 мм в каждую сторону для размещения сварных швов.

Для придания жесткости вертикальным ребрам и диафрагме, а также для укрепления от потери устойчивости стенок стержня колонны или ветвей сквозной колонны в местах передачи больших сосредоточенных нагрузок вертикальные ребра снизу обрамляются горизонтальным ребром жесткости.

Оголовок сплошной колонны

Оголовок состоит из плиты и ребер (рис. 4.10).

Рис. 4.10. Оголовок сплошной колонны

Требуемую площадь вертикального парного ребра определяем из условия смятия:

Толщина ребра

где   – условная длина распределения на-

грузки, равная ширине опорного ребра главной балки b_h плюс две толщины плиты оголовка колонны (t_on принята 25 мм).

Ширина ребра (выступающая часть)

Принимаем два вертикальных ребра сечением 140´22 мм.

Проверяем вертикальное ребро на местную устойчивость.

Высоту опорного ребра назначаем из условия размещения сварных швов, обеспечивающих передачу силы N c ребер на стенку колонны.

Задаемся катетом сварного шва k_f = 7 мм (в пределах конструктивных требований k_f,min = 7 мм при механизированной сварке листа t_max = 25 мм и   – наименьшая толщина соединяемых элементов).

Требуемая длина шва

С учетом 1 см на компенсацию дефектов в концевых участках шва по его длине окончательно принимаем высоту ребра h_r = 45 см.

Расчетная длина шва должна быть не более 85β_f k_f.

Проверяем ее по формуле

При тонких стенках сплошной колонны толщину стенки t_w проверяют на срез по граням крепления опорных вертикальных ребер. Требуемая толщина стенки

что больше принятой толщины стенки t_w = 8 мм. Производим местное усиление стенки колонны путем замены участка стенки в пределах высоты оголовка более толстой вставкой. Принимаем толщину вставки t^′_w = 18 мм.

Для снижения концентрации напряжений при сварке встык элементов разной толщины на элементе большей толщины выполняем скосы с уклоном 1:5. Ширину горизонтальных ребер жесткости принимаем равной ширине вертикальных опорных ребер b_s = b_r = 140 мм. Толщину ребра определяем из условия его устойчивости:

она должна быть не менее   Принимаем парное ребро из листа сечением 140×10 мм.

Оголовок сквозной колонны

Оголовок состоит из плиты и диафрагмы, подкрепленной горизонтальным ребром жесткости (рис. 4.11).

Толщина диафрагмы t_d определяется расчетом на смятие от продольной силы N:

где   – условная длина распределения сосредоточенной нагрузки (см. п. 4.4.1).

Принимаем t_d = 22 мм.

Высота диафрагмы определяется из условия среза стенок ветвей колонны (d = 7,5 мм – толщина стенки для принятого швеллера):

h_d = N/(4dR_sγ_c) = 2067,18 / (4 · 0,75 · 13,92 · 1) = 49,5 см.

Принимаем h_d = 50 см.

Проверяем диафрагму на срез как короткую балку:

где Q = N/2 = 2067,18 / 2 = 1033,59 кН.

Условие прочности не выполняется. Принимаем толщину диафрагмы t_d = 25 мм и производим повторную проверку:

Определяем катет сварного шва, выполненного механизированной сваркой и обеспечивающего прикрепление диафрагмы к стенке ветвей колонны (расчет по металлу границе сплавления):

где l_w = h_d – 1 = 50 – 1 = 49 см – расчетная длина шва, равная высоте диафрагмы за вычетом 1 см, учитывающего дефекты в концевых участках шва.

Принимаем катет шва k_f = 7 мм, что отвечает минимальной его величине при механизированной сварке элементов t = 25 мм.

Расчетная длина флангового шва должна быть не более 85β_fk_f. Проверяем: l_w = 49 < 85 × 0,9 × 0,7 = 53,5 см. Условие выполняется.

Толщину горизонтального ребра жесткости принимаем t_s = 10 мм, что больше 

Ширину b_s назначаем из условия устойчивости ребра:

Принимаем b_s = 30 см.